显微图像显示纳米花（白色）如何帮助健康细胞（黄色）向邻近细胞输送产生能量的线粒体（红色）。细胞核染成蓝色。资料来源：Akhilesh K. Gaharwar博士
德克萨斯A&M大学的生物医学研究人员可能发现了一种阻止甚至逆转细胞能量生产衰退的方法——这一发现可能在医学领域产生革命性影响。Akhilesh K. Gaharwar博士和博士生John Soukar，以及生物医学工程系的其他研究人员，开发了一种新方法，可以为受损细胞提供新的线粒体，使能量输出恢复到先前水平，并显著提高细胞健康。
线粒体衰退与衰老、心脏病和神经退行性疾病有关。增强身体自然替换磨损线粒体的能力可能对抗所有这些疾病。
当人类细胞衰老或被阿尔茨海默病等退行性疾病损伤，或暴露于化疗药物等有害物质时，它们开始失去产生能量的能力。罪魁祸首是线粒体数量的减少——线粒体是细胞内类似器官的结构，负责产生细胞使用的大部分能量。从脑细胞到肌肉细胞，随着线粒体数量下降，细胞健康也随之下降，直到它们无法再执行功能。
纳米花和干细胞如何工作
发表在《美国国家科学院院刊》上的这项研究，使用了微观花状颗粒——称为纳米花——和干细胞的组合。在这些纳米花存在的情况下，干细胞产生的线粒体数量是正常水平的两倍。当这些增强的干细胞被放置在受损或衰老细胞附近时，它们将多余的线粒体转移给受伤的邻近细胞。
受体细胞（绿色）从健康供体细胞接收新的线粒体（红色）。资料来源：Akhilesh K. Gaharwar博士。有了新线粒体，先前受损的细胞恢复了能量生产和功能。这些恢复活力的细胞显示出能量水平恢复，并抵抗细胞死亡，即使在暴露于化疗药物等有害物质之后。
"我们已经训练健康细胞与较弱的细胞分享它们的备用电池，"生物医学工程教授Gaharwar说。"通过增加供体细胞内部的线粒体数量，我们可以帮助衰老或受损细胞恢复活力——无需任何基因改造或药物。"
虽然细胞自然交换一些线粒体，但纳米花增强的干细胞——被昵称为线粒体生物工厂——转移的线粒体数量是未经处理细胞的两到四倍。
"效率的数倍提高超出了我们的期望，"论文主要作者Soukar说。"就像给旧电子产品一个新电池组。我们不是扔掉它们，而是将来自健康细胞的充满电的电池插入患病细胞中。"
现有疗法的优势
存在其他增加细胞中线粒体数量的方法，但有显著缺点。药物需要频繁、重复给药，因为它们由较小的分子组成，会迅速从细胞中排出。较大的纳米粒子（直径约100纳米）保留在细胞内，并继续在更大程度上促进线粒体的产生。这意味着由此技术创建的疗法可能只需要每月给药一次。
"这是利用自身生物机制为衰老组织充电的早期但令人兴奋的一步，"Gaharwar说。"如果我们能安全地增强这种自然的电力共享系统，它有朝一日可能有助于减缓甚至逆转细胞衰老的一些影响。"
纳米粒子本身由二硫化钼制成，这是一种无机化合物，在微观尺度上能够呈现多种可能的二维形式。Gaharwar实验室是少数探索二硫化钼生物医学应用的团队之一。
广泛医疗应用的潜力
干细胞的治疗潜力一直是组织再生前沿研究的热点。使用纳米花来增强干细胞可能是使这些细胞更好地发挥其作用的下一步。
该方法的主要好处之一是其潜在的多功能性。虽然这种方法尚未得到充分探索，但原则上，它可以治疗全身组织的功能丧失。
"你可以将细胞放在患者的任何地方，"Soukar说。"因此，对于心肌病，你可以直接治疗心脏细胞——将干细胞直接放入或靠近心脏。如果你患有肌肉萎缩症，你可以将它们直接注射到肌肉中。在能够用于各种病例方面，这非常有前景，而这只是开始。我们可以永远研究下去，每天发现新事物和新的疾病治疗方法。"
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